[發(fā)明專利]微型機(jī)器人以及群機(jī)器人系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710441229.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107175649B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉磊;陶杰;尹鐘;趙庚生;王波;高巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J7/00
• 分類號(hào): B25J7/00;B25J5/00;B25J9/16
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發(fā)明涉及一種微型機(jī)器人以及包括多個(gè)該微型機(jī)器人的群機(jī)器人系統(tǒng)。該群機(jī)器人系統(tǒng)包括：多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的微型機(jī)器人單體，以及試驗(yàn)平臺(tái)，用于多個(gè)微型機(jī)器人單體進(jìn)行試驗(yàn)活動(dòng)以及充電，具有平臺(tái)本體以及設(shè)置在平臺(tái)本體下表面的無(wú)線充電發(fā)射線圈陣列。每個(gè)微型機(jī)器人具有：驅(qū)動(dòng)部，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單體移動(dòng)；控制部，用于控制機(jī)器人單體的交互行為，包含從上至下依次設(shè)置且相互之間進(jìn)行電路連接的上電路板、中電路板、兩個(gè)側(cè)電路板和下電路板；以及供電部，用于對(duì)驅(qū)動(dòng)部和控制部進(jìn)行供電，包含電池以及與無(wú)線充電發(fā)射線圈陣列相匹配的無(wú)線充電線圈。本發(fā)明的微型機(jī)器人及其群機(jī)器人系統(tǒng)具有移動(dòng)便捷、結(jié)構(gòu)精巧、充電穩(wěn)定的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及機(jī)電信息領(lǐng)域，具體涉及一種微型機(jī)器人以及一種由多個(gè)該微型機(jī)器人組成的群機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)

群機(jī)器人系統(tǒng)是多機(jī)器人系統(tǒng)的一類，是由大量的、簡(jiǎn)單自治的單體機(jī)器人組成，它們之間通過(guò)交互、協(xié)調(diào)和控制，“涌現(xiàn)”出群體宏觀行為，尤其是宏觀動(dòng)力學(xué)的有序行為，例如耦合動(dòng)力學(xué)研究。這種群機(jī)器人系統(tǒng)的靈感來(lái)源于螞蟻、蜜蜂一類的生物群系統(tǒng)，這類昆蟲在沒(méi)有統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)的情況下，也能合作執(zhí)行大量復(fù)雜的任務(wù)。目前，群機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)集群機(jī)器人避障、集群機(jī)器人編隊(duì)控制以及群機(jī)器人合作快速搜索、圍捕、跟蹤目標(biāo)等。

受蟻群和蜂群?jiǎn)l(fā)，哈佛大學(xué)發(fā)明了由上千個(gè)微型機(jī)器人Kilobot 組成的機(jī)器人群組，其中每個(gè)單體機(jī)器人都設(shè)置有小型微處理器、紅外傳感器以及振動(dòng)電機(jī)，在沒(méi)有中央控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)和組織的情況下，這些機(jī)器人可以進(jìn)行通信、測(cè)距、定位等操作，進(jìn)而可以自行協(xié)作完成指定任務(wù)，甚至還可以自行組合成另一個(gè)全新的機(jī)器人。

但是Kilobot機(jī)器人還存在一些不足：(1)Kilobot機(jī)器人的移動(dòng)是通過(guò)電機(jī)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，移動(dòng)效果不佳；(2)Kilobot機(jī)器人中的通信、測(cè)距系統(tǒng)所占安裝空間比較大；(3)Kilobot機(jī)器人中的通信、測(cè)距系統(tǒng)不夠穩(wěn)定、存在缺陷，例如Kilobot機(jī)器人的測(cè)距是通過(guò)平臺(tái)的反射，其效果受其所處平臺(tái)環(huán)境顏色的影響很大；(4)供電需求亟待解決，具體表現(xiàn)在Kilobot機(jī)器人充電數(shù)小時(shí)，只能供數(shù)十分鐘的工作耗電，而且充電和供電沒(méi)法同時(shí)進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的，目的在于提供一種微型機(jī)器人以及包含多個(gè)該微型機(jī)器人的群機(jī)器人系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種微型機(jī)器人，具有這樣的特征，包括：驅(qū)動(dòng)部，用于驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人移動(dòng)；控制部，用于控制微型機(jī)器人的交互行為，包含從上至下依次設(shè)置且相互進(jìn)行電連接的上電路板、中電路板、兩個(gè)側(cè)電路板和下電路板；以及供電部，用于對(duì)驅(qū)動(dòng)部和控制部進(jìn)行供電，包含設(shè)置中電路板的上表面的電池以及設(shè)置在下電路板的下表面的無(wú)線充電線圈，其中，驅(qū)動(dòng)部包含電機(jī)、固定在電機(jī)上的主動(dòng)輪、與主動(dòng)輪連接的皮帶以及通過(guò)皮帶帶動(dòng)運(yùn)行的車輪，上電路板用于傳感與顯示，包含設(shè)置在上電路板上表面的磁傳感器、LED燈和顯示器，設(shè)置在上電路板下表面的紅外線發(fā)射管和紅外線接收管，以及用于控制磁傳感器、LED燈、顯示器、紅外線發(fā)射管和紅外線接收管的第一控制器，中電路板用于無(wú)線通信，設(shè)置有無(wú)線收發(fā)模塊和用于控制無(wú)線收發(fā)模塊的第二控制器，側(cè)電路板與電機(jī)進(jìn)行電連接，用于驅(qū)動(dòng)控制，下電路板用于供電控制，包含電池充電管理芯片、DC/DC 轉(zhuǎn)換芯片以及無(wú)線充電管理芯片。

在本發(fā)明提供的微型機(jī)器人中，還可以具有這樣的特征：其中，中電路板的上表面還設(shè)置有半球形反光鏡，半球形反光鏡用于反射紅外信號(hào)。

在本發(fā)明提供的微型機(jī)器人中，還可以具有這樣的特征：其中，第一控制器為8bit微型控制器，第二控制器為32bit微型控制器。

在本發(fā)明提供的微型機(jī)器人中，還可以具有這樣的特征：其中，磁傳感器為三軸磁傳感器，測(cè)量單體機(jī)器人靜態(tài)情況下的姿態(tài)角，該姿態(tài)角為俯仰角、翻滾角或朝向角。